鋼有多種形式：各種幾何形狀的金屬板、板材、棒材和梁、管道，當(dāng)然還有CNC加工鋼時(shí)使用的固體原料。鋼被用于如此多的應(yīng)用和如此多的行業(yè)，因此有許多不同類型的鋼是有意義的。但是不銹鋼和低碳鋼有什么區(qū)別呢？自由加工和工具鋼？在本文中，您將了解許多加工鋼種、以及如何成功地CNC加工鋼種。

什么是鋼？

鋼是鐵和碳合金的廣義術(shù)語。碳含量（0.05%–2%（按重量計(jì)）以及其他元素的添加，決定了鋼的特定合金及其材料性能。其他合金元素包括錳、硅、磷、硫和氧。碳增加了鋼的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)可以添加其他元素以提高耐腐蝕性或可加工性。錳的含量通常也較高（至少為0.30%至1.5%），以降低鋼的脆性并提高其強(qiáng)度。

鋼的強(qiáng)度和硬度是其最受歡迎的特性之一。正是它們使鋼適合于建筑和運(yùn)輸應(yīng)用，因?yàn)檫@種材料可以在重荷載和反復(fù)荷載下使用很長(zhǎng)時(shí)間。一些鋼合金，即不銹鋼品種，耐腐蝕，這使它們成為在極端環(huán)境下工作的零件的最佳選擇。

然而，這種強(qiáng)度和硬度也會(huì)延長(zhǎng)加工時(shí)間，增加刀具的磨損。鋼是一種高密度材料，這使得它在某些應(yīng)用中過于沉重。然而，鋼的強(qiáng)度重量比很高，這就是為什么它是制造業(yè)中最常用的金屬之一。

鋼材種類

讓我們討論一下許多類型的鋼材。作為鋼，碳必須加入鐵中。不過，碳的含量會(huì)有所不同，從而導(dǎo)致其性能發(fā)生很大變化。碳鋼通常是指不銹鋼以外的鋼，并通過鋼的4位等級(jí)來識(shí)別，更廣泛地說是低碳鋼、中碳鋼或高碳鋼。

低碳鋼：碳含量低于0.30%（按重量計(jì)）

中碳鋼：含碳量為0.3–0.5%

高碳鋼：0.6%及以上

鋼的主要合金元素由四位等級(jí)中的第一位數(shù)字表示。例如，任何1xxx鋼，如1018，都將以碳作為主要合金元素。1018鋼含有0.14–0.20%的碳和少量的磷、硫以及錳。這種通用合金通常用于加工墊片、軸、齒輪和銷。

易加工等級(jí)的碳鋼經(jīng)過再磷化和再磷化處理，使切屑破碎成更小的碎片。這可以防止長(zhǎng)或大的切屑在切割時(shí)與刀具糾纏在一起。易加工鋼可以加快加工時(shí)間，但可能會(huì)降低延展性和抗沖擊性。

不銹鋼

不銹鋼含有碳，但也含有約11%的鉻，這增加了材料的耐腐蝕性。更多的鉻意味著更少的生銹！添加鎳還可以提高防銹性和抗拉強(qiáng)度。此外，不銹鋼具有良好的耐熱性，適用于極端環(huán)境中的航空航天和其他應(yīng)用。

根據(jù)金屬的晶體結(jié)構(gòu)，不銹鋼可分為五種類型。這五種類型為奧氏體、鐵素體、馬氏體、雙相和沉淀硬化。不銹鋼等級(jí)用三位數(shù)而不是四位數(shù)來標(biāo)識(shí)。第一個(gè)數(shù)字代表晶體結(jié)構(gòu)和主要合金元素。

例如，300系列不銹鋼是奧氏體鉻鎳合金。304不銹鋼是最常見的等級(jí)，也被稱為18/8，因?yàn)槠溷t含量為18%，鎳含量為8%。303不銹鋼是304不銹鋼的自由加工版本。硫的加入降低了其耐腐蝕性，因此303型不銹鋼比304型更容易生銹。

不銹鋼可用于廣泛的行業(yè)。316型不銹鋼經(jīng)適當(dāng)加工后可用于醫(yī)療設(shè)備，如機(jī)器和管道中的閥門部件。316不銹鋼還用于加工螺母和螺栓，其中許多用于航空航天和汽車工業(yè)。303不銹鋼用于齒輪、軸和其他飛機(jī)和汽車所必需的部件。

工具鋼

工具鋼用于制造各種制造工藝的工具，包括壓鑄、注塑、沖壓和切割。有許多不同的工具鋼合金可用于不同的應(yīng)用，但它們都以其硬度而聞名。每一個(gè)都能經(jīng)得起多次使用的磨損（用于注塑成型的鋼模具可以經(jīng)得起一百萬次或更多的材料），并且具有耐高溫性。

工具鋼的一個(gè)普遍應(yīng)用是注塑模具，它是由硬化鋼CNC加工而成，以生產(chǎn)最高質(zhì)量的生產(chǎn)零件。通常選擇H13鋼是因?yàn)槠淞己玫臒崞谛阅?mdash;—其強(qiáng)度和硬度能夠承受長(zhǎng)期暴露在極端溫度下。H13模具非常適合于具有高熔化溫度的先進(jìn)注塑材料，因?yàn)樗绕渌摬奶峁└L(zhǎng)的模具壽命–500000到100萬次。同時(shí)，S136是不銹鋼，模具壽命超過一百萬次。這種材料可以拋光到最高水平，并用于需要高光學(xué)清晰度的零件的特殊應(yīng)用。

鋼材處理

鋼的一些最有用的特性來自額外的處理和加工步驟。這些方法可以在加工前進(jìn)行，以改變鋼材的性能，使鋼材更易于加工。請(qǐng)記住，加工前硬化材料會(huì)延長(zhǎng)加工時(shí)間并增加刀具磨損，但鋼可以在加工后進(jìn)行處理，以增加成品的強(qiáng)度或硬度。這就是說，重要的是要預(yù)先考慮任何計(jì)劃的治療，你需要應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)必要的屬性為您的零件。

熱處理

熱處理是指幾個(gè)不同的過程，涉及操縱鋼的溫度以改變其材料性能。一個(gè)例子是退火，它用來降低硬度和增加延展性，使鋼更容易加工。退火過程緩慢地將鋼加熱到所需溫度，并保持一段時(shí)間。所需的時(shí)間和溫度取決于特定的合金，并且隨著碳含量的增加而降低。最后，金屬在熔爐中緩慢冷卻或被絕緣材料包圍。

正火熱處理可消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)保持比退火鋼更高的強(qiáng)度和硬度。在正火過程中，鋼被加熱到高溫，然后風(fēng)冷以獲得更高的硬度。

淬火鋼是另一種熱處理工藝，你猜對(duì)了，它使鋼硬化。它也會(huì)增加強(qiáng)度，但也會(huì)使材料更脆。硬化過程包括緩慢加熱鋼，在高溫下浸泡，然后將鋼浸入水、油或鹽水溶液中快速冷卻。

最后，采用回火熱處理工藝來減輕淬火鋼的脆性。回火鋼與正火幾乎完全相同：緩慢加熱，使其處于選定的溫度，然后對(duì)鋼進(jìn)行空氣冷卻。不同之處在于，回火溫度低于其他工藝，這降低了回火鋼的脆性和硬度。

沉淀硬化

沉淀硬化提高了鋼的屈服強(qiáng)度。某些等級(jí)的不銹鋼名稱中可能包含PH值，這意味著它們具有沉淀硬化特性。沉淀硬化鋼的主要區(qū)別在于它們含有額外的元素：銅、鋁、磷或鈦。這里有許多不同的合金。為了激活沉淀硬化性能，鋼被成形為最終形狀，然后進(jìn)行時(shí)效硬化處理。時(shí)效硬化過程在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)加熱材料，使添加的元素沉淀，形成不同尺寸的固體顆粒，從而提高材料的強(qiáng)度。

17-4PH（也稱為630鋼）是不銹鋼沉淀硬化等級(jí)的常見示例。該合金含有17%的鉻和4%的鎳，以及4%的銅，有助于沉淀硬化。由于增加了硬度、強(qiáng)度和高耐腐蝕性，17-4PH用于直升機(jī)甲板平臺(tái)、渦輪葉片和核廢料桶。

冷加工

鋼的性能也可以在不施加大量熱量的情況下改變。例如，冷加工鋼通過加工硬化過程使其更堅(jiān)固。當(dāng)金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，會(huì)發(fā)生加工硬化。這可以通過錘擊、軋制或拉拔金屬來實(shí)現(xiàn)。加工時(shí)，如果刀具或工件過熱，加工硬化也會(huì)意外發(fā)生。冷加工還可以提高鋼的可加工性。低碳鋼非常適合冷加工。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)鋼制零件時(shí)，記住材料的獨(dú)特特性非常重要。使其非常適合您的應(yīng)用程序的特性可能需要額外考慮制造設(shè)計(jì)（DFM）。

由于材料的硬度，加工鋼比其他較軟的材料（如鋁或黃銅）需要更長(zhǎng)的時(shí)間。您需要使用正確的機(jī)器設(shè)置來優(yōu)化加工質(zhì)量，并最大限度地減少刀具磨損。實(shí)際上，這意味著較慢的主軸速度和進(jìn)給速度，以保護(hù)您的零件和模具。